專(zhuān)利名稱(chēng)：用特殊調(diào)振射頻電磁場(chǎng)發(fā)生器的物體等離子云切割方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用調(diào)諧等離子云對(duì)物體進(jìn)行切割的方法，尤其是用射頻信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)發(fā)射的電磁能量波誘發(fā)和保持的諧調(diào)等離子云，所述射頻信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)與構(gòu)成諧調(diào)等離子云的原子粒子阻抗匹配、頻率匹配且功率匹配，所述諧調(diào)等離子云覆蓋受激勵(lì)的發(fā)射器切割探頭。
多數(shù)切割都用堅(jiān)硬的實(shí)體刃具進(jìn)行，如鋼刃具、藍(lán)寶石刃具、金鋼石刃具等。這些切割都是靠堅(jiān)硬物體鋒銳的刃口對(duì)受切割物體表面的磨擦性物理作用進(jìn)行的。這些力圖用一種堅(jiān)硬物體割開(kāi)另一種堅(jiān)硬物體的純實(shí)體方法效率不高，因此在受切割物體極為堅(jiān)實(shí)致密時(shí)遇到明顯的阻力而效率低下。因此，其它的方法訴諸于電子發(fā)生切割、電切割、或者稱(chēng)電手術(shù)等。以這樣的方法切割物體，在受切割物體的歐姆阻抗因?yàn)榻殡姕蠹皽u流之類(lèi)的現(xiàn)象產(chǎn)生熱效應(yīng)的同時(shí)，電誘發(fā)的弧會(huì)燒灼物體或者使物體揮發(fā)。上述的前兩個(gè)現(xiàn)象產(chǎn)生一種稱(chēng)為透熱的效應(yīng)，結(jié)果可以產(chǎn)生起切割物體作用的物理反應(yīng)。這個(gè)方法由于其下列缺點(diǎn)得到的應(yīng)用有限，包括會(huì)對(duì)預(yù)定切割路徑外側(cè)的物體造成廣泛損傷、產(chǎn)生燒灼、焦黑并常伴有難聞的煙氣。因?yàn)樵谇懈疃瞬慨a(chǎn)生切割作用所需要的高功率加重了傳統(tǒng)電切割的低效率，所述功率往往超過(guò)50瓦特。傳統(tǒng)電切割裝置所要求的相對(duì)高的輸出功率是這些裝置的效率不高造成的，因?yàn)樗鼈円詡鹘y(tǒng)的電阻透熱和不穩(wěn)定的、不聚焦的等離子弧的結(jié)合為工作原理。
激光也用于切割，但是激光切割價(jià)格不菲并且需要很大的系統(tǒng)輸入功率產(chǎn)生功率足夠的激光束以切割物體。技術(shù)上已經(jīng)采用激光發(fā)生等離子的方法，并應(yīng)用于微電子領(lǐng)域的蝕刻工藝等方面。
等離子弧可以在焊接弧、火花塞弧、放電電弧、氖光燈弧和電刀弧等領(lǐng)域中出現(xiàn)?；≡诒举|(zhì)上是一種不諧調(diào)等離子流，表現(xiàn)為無(wú)控制的等離子體內(nèi)的電離原子粒子的湍流以及等離子體內(nèi)的原子粒子擾動(dòng)增大。等離子弧內(nèi)的原子粒子湍流代表一種原子粒子擾動(dòng)，而且原子粒子擾動(dòng)的無(wú)控制性在物體的預(yù)定切割路徑之外中造成大量的能量泄露，從而產(chǎn)生過(guò)熱。在物體的預(yù)定切割路徑周?chē)奈矬w中發(fā)生的能量泄露侵蝕在周?chē)矬w上并損傷周?chē)矬w。僅僅降低切割端的尖端功率，因?yàn)椴荒艽蟠蟮販p少構(gòu)成等離子弧的電離原子粒子湍流，所以本身不能顯著地改善等離子體的調(diào)諧性。從而，本發(fā)明采用一系列物理化學(xué)原理減少不諧調(diào)等離子弧。本發(fā)明通過(guò)減少等離子云內(nèi)的原子粒子的擾動(dòng)減少不諧調(diào)等離子弧，大大減小等離子云中的原子擾動(dòng)，從而產(chǎn)生諧調(diào)等離子云。諧調(diào)等離子體以更有控制、有效和安全的方式進(jìn)行切割，因?yàn)橹C調(diào)等離子云中的原子粒子成分以更穩(wěn)定、平衡和受控制的狀態(tài)存在，比不諧調(diào)等離子云有更高度組織而且原子粒子擾動(dòng)低。通過(guò)利用物理學(xué)的夾緊效應(yīng)，根據(jù)本發(fā)明的諧調(diào)等離子云進(jìn)一步被壓縮、受控制、有輪廓并易于整形。然后本發(fā)明的壓縮等離子云通過(guò)物理學(xué)公知的并用于核物理領(lǐng)域的磁瓶現(xiàn)象捕獲和控制。
本發(fā)明是產(chǎn)生一種在等離子云中原子粒子湍流小的諧調(diào)等離子云的方法，從而在等離子體中呈現(xiàn)低原子粒子擾動(dòng)的狀態(tài)。物理學(xué)定義了四種物態(tài)固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和等離子態(tài)。雖然在地球上等離子體的例子并不常見(jiàn)，但是宇宙主要是由等離子體組成。本發(fā)明的等離子云由一種低價(jià)的類(lèi)似于商用無(wú)線電發(fā)射機(jī)的射頻信號(hào)發(fā)生器和放大器產(chǎn)生的。本發(fā)明的電磁波發(fā)生器系統(tǒng)要求的輸入功率低，這是部分地通過(guò)切割發(fā)送探頭與諧調(diào)的等離子云阻抗匹配、頻率匹配和系統(tǒng)功率匹配實(shí)現(xiàn)的。受激勵(lì)的發(fā)射器切割端頭產(chǎn)生一種等離子云，此等離子云在受激勵(lì)的發(fā)射器切割端頭的表面形成一個(gè)包覆層。本發(fā)明的發(fā)射器切割探頭優(yōu)選地是固體的非空心導(dǎo)體，但是也可以采用空心的發(fā)射器探頭。在激勵(lì)本發(fā)明的射頻電磁波發(fā)射器時(shí)，根據(jù)物理學(xué)上的集膚效應(yīng)，電子流主要地發(fā)生在發(fā)射器或者說(shuō)切割端頭的外表面。通過(guò)受激勵(lì)的切割發(fā)射器端頭的射頻電磁波與包繞切割電極端頭的等離子云的阻抗匹配，本發(fā)明產(chǎn)生緊密耦合的能量傳輸系統(tǒng)，其中高百分比的總電磁波功率發(fā)送到等離子云中，僅有低百分比的總電磁波能量反射回受激勵(lì)的發(fā)射器切割探頭。此概念與標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線電發(fā)射機(jī)天線與環(huán)境空氣的阻抗匹配類(lèi)似。
電弧在本質(zhì)上是一種不諧調(diào)等離子流的形式，表現(xiàn)為不受控制的等離子體內(nèi)電離原子粒子的湍流，導(dǎo)致等離子體中原子粒子的擾動(dòng)加劇。單純地降低切割頭功率，因?yàn)闆](méi)有大大地減少構(gòu)成等離子弧的電離原子粒子的湍流，不能顯著地改善等離子體的諧調(diào)性。等離子弧中的電離原子粒子的湍流代表了一種原子粒子擾動(dòng)形式，原子粒子擾動(dòng)的無(wú)控制性引起大量的能量泄露到預(yù)定切割路徑之外的物體中，由此可以產(chǎn)生過(guò)熱。這種泄露到在物體中預(yù)定切割路徑周?chē)矬w中的能量，引起熱侵蝕和輻射侵蝕，導(dǎo)致對(duì)周?chē)矬w的損傷。本發(fā)明通過(guò)減少等離子云中的原子粒子湍流減少等離子弧，從而大大地降低等離子云原子粒子擾動(dòng)，以此產(chǎn)生諧調(diào)的等離子云。
產(chǎn)生了諧調(diào)的等離子云后，可以通過(guò)利用有源發(fā)射器切割端頭發(fā)送的電磁波，應(yīng)用物理學(xué)的夾緊效應(yīng)對(duì)所述等離子云壓縮、控制、形成輪廓并整形。然后本發(fā)明的壓縮等離子云通過(guò)物理學(xué)公知的并用于核物理的磁瓶現(xiàn)象捕獲和控制。這使我們能夠通過(guò)壓縮、聚集和捕獲所述諧調(diào)的等離子云來(lái)降低切割電極的等離子包覆層厚度。這個(gè)效果因此使我們能夠增加覆蓋在切割端頭上的諧調(diào)等離子云的密度，增加了等離子云的原子粒子密度就增加了等離子云能量密度。這從而能夠提高切割物體的效率并降低切入物體的切割線寬度。在根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的電磁波穿過(guò)等離子包覆層后，碰到與電磁波阻抗匹配不好的、諧調(diào)等離子云周?chē)奈矬w。因此大百分比的總電磁波發(fā)射能量反射回諧調(diào)的等離子云包覆層，只有小百分比的總電磁波輻射發(fā)送到周?chē)奈矬w中。電磁輻射與物體的這種物理作用稱(chēng)為物理化學(xué)上的隧道效應(yīng)。反射回諧調(diào)等離子云中的電磁波能量起進(jìn)一步為等離子云的原子粒子供能的作用，從而進(jìn)一步地降低了本發(fā)明電磁波發(fā)生器系統(tǒng)所需要的輸出電磁功率。
增加等離子體的諧調(diào)性、增加諧調(diào)等離子密度、減薄受激勵(lì)的發(fā)送切割探頭上的諧調(diào)等離子體包覆層以及本發(fā)明產(chǎn)生的電磁波上的隧道效應(yīng)結(jié)合起來(lái)得到高效率、預(yù)定切割路徑中物體切割干凈且向預(yù)定切割路徑周?chē)矬w中的泄露的能量很少。減少向預(yù)定切割路徑周?chē)矬w中泄露的能量，使得預(yù)定切割路徑之外物體損傷顯著地降低。根據(jù)物理原理，形成諧調(diào)等離子體以比在先切割方式更有效更干凈地切割物體。
與傳統(tǒng)的電切割機(jī)對(duì)比，本發(fā)明的電磁波發(fā)生器系統(tǒng)的振蕩頻率調(diào)諧到切割端頭和受切割物體界面上的等離子云的分子振蕩諧波分量。這個(gè)表面原子粒子薄層的動(dòng)能因此極高，從而在切割電極的周?chē)纬梢粋€(gè)高能離子電子云。發(fā)射電磁波的發(fā)射器切割頭內(nèi)饋入的連續(xù)或者脈沖的射頻波把等離子云中的分子向心地朝向切割探頭吸引。這有效地在切割探頭的表面上產(chǎn)生一個(gè)高度集中的諧調(diào)等離子體切割包覆層。本發(fā)明使我們能夠不像等離子體燈和等離子體室的蝕刻系統(tǒng)中的等離子體發(fā)生裝置那樣向切割埸內(nèi)注入可電離氣體，就能產(chǎn)生切割等離子云。關(guān)閉電磁波輻射后，等離子體就迅速地釋放能量，因此等離子云中的原子粒子失去保持等離子態(tài)所需要的能量。在受激勵(lì)的電磁波探頭與諧調(diào)的等離子云包覆層阻抗匹配、頻率匹配和功率匹配的條件下用射頻能量激勵(lì)電極端頭，可以產(chǎn)生一種用等離子體原子粒子的能量進(jìn)行切割的等離子體刃具。發(fā)送的電磁波輻射與切割端頭附近的等離子體的阻抗匹配和發(fā)射機(jī)天線的電磁波輻射與天線周?chē)目諝庵g的阻抗匹配類(lèi)似。電磁波一經(jīng)穿過(guò)等離子體層，它就進(jìn)入了不在預(yù)定切割路徑處的物體，因遭遇阻抗不匹配的物體而使發(fā)送的電磁波信號(hào)以物理化學(xué)的隧道效應(yīng)原理所述方式受到高次數(shù)量級(jí)的衰減。所以，在預(yù)定的切割路徑內(nèi)切割的效率提高了，而在預(yù)定的切割路徑之外受到高度地衰減，從而產(chǎn)生的電磁波輻射侵蝕、沖擊、或者說(shuō)對(duì)預(yù)定的切割路徑外的物體的副作用極小。最終的結(jié)果是安全干凈地切割物體。
綜上所述，本發(fā)明的一些目的和優(yōu)點(diǎn)是a)提供一種采用低價(jià)的射頻信號(hào)發(fā)生器、放大器和發(fā)射器探頭來(lái)產(chǎn)生、放大、和發(fā)送電磁波的切割方法。
b)采用一種固體的、非空心的導(dǎo)電射頻發(fā)射器探頭來(lái)產(chǎn)生、保持和控制等離子體。然而。發(fā)射器探頭在結(jié)構(gòu)上可以是完全空心的或者部分空心的。
c)由電磁埸發(fā)生器系統(tǒng)產(chǎn)生一種等離子切割刃具，它相對(duì)于現(xiàn)行的其它切割方法要求較少的系統(tǒng)輸入功率。類(lèi)似地，本發(fā)明的系統(tǒng)相對(duì)于現(xiàn)行其它切割方法要求的輸出功率較低，平均輸出功率甚至于可以低達(dá)1瓦特。
d)不用像等離子體燈和等離子體蝕刻系統(tǒng)中的等離子體發(fā)生裝置那樣向切割埸注入可電離氣體，就可以產(chǎn)生等離子云。
e)通過(guò)電磁波發(fā)生器發(fā)出的能量與圍繞和覆蓋受激勵(lì)發(fā)射器切割探頭等離子云之間阻抗匹配，產(chǎn)生原子粒子擾動(dòng)和湍流低的諧調(diào)等離子云。
f)通過(guò)電磁波發(fā)生器發(fā)出的能量與圍繞和覆蓋受激勵(lì)的發(fā)射器切割探頭的等離子云的原子粒子振揚(yáng)分量之間頻率匹配，產(chǎn)生原子粒子擾動(dòng)和湍流低的諧調(diào)等離子云。
g)通過(guò)在電磁波發(fā)生器發(fā)出的功率與激勵(lì)和保持諧調(diào)等離子云所需功率之間進(jìn)行功率匹配，產(chǎn)生原子粒子擾動(dòng)和湍流低的諧調(diào)等離子云。
h)產(chǎn)生電磁波發(fā)生器能量向包繞和覆蓋受激勵(lì)的發(fā)射器切割探頭的等離子云中緊耦合的、高效的傳輸，從而降低激勵(lì)和保持受激勵(lì)的發(fā)射器切割探頭周?chē)牡入x子云所需要的射頻信號(hào)發(fā)生器/放大器輸出功率。
i)利用稱(chēng)為夾緊效應(yīng)的物理原理對(duì)覆蓋受激勵(lì)的發(fā)射器切割探頭的諧調(diào)等離子云進(jìn)行聚集、壓縮和整形。
j)應(yīng)用稱(chēng)為磁瓶效應(yīng)的物理原理捕獲和控制所述諧調(diào)等離子云，并從而無(wú)須用實(shí)體容器拘束等離子云。
k)應(yīng)用隧道效應(yīng)的物理化學(xué)原理反射由受激切割發(fā)射器端頭發(fā)射的、來(lái)自諧調(diào)等離子云周?chē)矬w的電磁波，使之折回受激勵(lì)的發(fā)射器切割端頭周?chē)牡入x子云中。以此方式，本發(fā)明應(yīng)用隧道效應(yīng)產(chǎn)生一種電磁屏蔽，大幅降低發(fā)送的電磁波穿入預(yù)定的切割路徑之外物體。這達(dá)到了降低輻射侵蝕的潛在副作用。而且，反射回等離子云的電磁波輻射起到了進(jìn)一步為等離子云提供能量的作用，從而進(jìn)一步降低了電磁波發(fā)生器系統(tǒng)所需的輸出功率。
l)采用聚集在受激勵(lì)的發(fā)射器切割端頭周?chē)闹C調(diào)等離子云，把切割用等離子體的動(dòng)能集中在一個(gè)較薄的切割路徑上，以對(duì)物體進(jìn)行分立而干凈的切割，對(duì)預(yù)定的切割路徑之外物體的沖擊或者說(shuō)副作用極小。
m)提供一種不同于刀刃具之類(lèi)的純實(shí)體能量切割的技術(shù)方法，同時(shí)提供比現(xiàn)行的其它切割形式如激光切割更有效、更干凈、更經(jīng)濟(jì)的方法。
本發(fā)明的物體切割方法不同于一切在先切割方法。本發(fā)明采用低價(jià)的電子射頻信號(hào)發(fā)生器/放大器系統(tǒng)產(chǎn)生脈沖或者連續(xù)的射頻電磁波，把電磁波導(dǎo)入切割頭然后從發(fā)射器切割探頭發(fā)送。本發(fā)明的切割探頭優(yōu)選地是固體的，非空心導(dǎo)體，但是也可以采用部分或者完全空心的發(fā)射器探頭。本發(fā)明的系統(tǒng)與和周?chē)諝庾杩蛊ヅ涞臉?biāo)準(zhǔn)無(wú)線電發(fā)射機(jī)相似，并且本發(fā)明的系統(tǒng)與受激勵(lì)的發(fā)射器切割電極端頭周?chē)闹C調(diào)等離子云阻抗匹配、功率匹配而且諧振。
等離子體是宇宙中最豐富的物質(zhì)形式，但是在地球上是最不豐富的物質(zhì)形式。地球上等離子體的例子包括電弧焊、火花塞弧、氖光燈弧和閃電的周?chē)?、還有電手術(shù)刀等領(lǐng)域中出現(xiàn)的燒灼弧。等離子體還可見(jiàn)于半導(dǎo)體蝕刻等領(lǐng)域中，但那里等離子體是由高價(jià)高能耗的系統(tǒng)產(chǎn)生的，例如激光器或者精密的等離子蝕刻室。
本發(fā)明采用低價(jià)的電子射頻信號(hào)發(fā)生器/放大器系統(tǒng)從受激勵(lì)的發(fā)射器切割電極端頭發(fā)送連續(xù)的或者脈沖的射頻電磁波。此電磁埸發(fā)生器系統(tǒng)的具體參數(shù)很大程度上取決于沿發(fā)射器切割電極端和待切割物體之間界面上的原子粒子成分。本發(fā)明的系統(tǒng)利用沿發(fā)射器切割探頭界面的原子產(chǎn)生等離子云，與那些需要向切割埸內(nèi)注入可電離氣體靠此供能轉(zhuǎn)化為等離子體的系統(tǒng)相反。本發(fā)明的發(fā)射器切割探頭優(yōu)選地在結(jié)構(gòu)上是直線的或者曲線的，但是發(fā)射器端頭電極的形狀不必要在構(gòu)形上是特定的，甚至于可以是環(huán)形的構(gòu)形。本發(fā)明的系統(tǒng)是阻抗匹配、頻率匹配和輸出功率匹配的，以產(chǎn)生和維持覆蓋受激勵(lì)的發(fā)射器切割探頭的諧調(diào)等離子云，從而極大地降低了發(fā)生在切割端頭和受切割物體界面上的傳統(tǒng)的等離子弧。
電弧在本質(zhì)上是一種不諧調(diào)等離子流的形式，并且表現(xiàn)為無(wú)控制的等離子體內(nèi)電離原子粒子的湍流，引起等離子體內(nèi)的原子粒子擾動(dòng)增加。單純地降低切割頭功率，由于不能大大地減少構(gòu)成等離子弧的電離原子粒子的湍流，本身并不能顯著地提高等離子體的諧調(diào)性。較之其它形式的物體，等離子體具有廣泛的物理特性，包括廣泛的溫度、密度、流動(dòng)特性、原子粒子成分等。在世上，等離子可見(jiàn)于焊接弧、火花塞弧、放電弧、氖光燈弧、電手術(shù)刀弧等領(lǐng)域中。等離子弧中的高度原子粒子湍流表現(xiàn)為原子粒子擾動(dòng)的形式，而等離子云中的原子粒子的湍流造成原子粒子擾動(dòng)的無(wú)控制性。這種等離子體的形式表現(xiàn)為不諧調(diào)的等離子體并產(chǎn)生過(guò)熱及大量的能量泄露到預(yù)定的切割路徑之外的物體中。這種泄露到預(yù)定的切割路徑之外物體中的能量引起對(duì)周?chē)矬w的能量侵蝕、熱侵蝕和損傷。以此方式，本發(fā)明通過(guò)減少等離子云中的原子粒子湍流和擾動(dòng)減小等離子弧，從而產(chǎn)生諧調(diào)的等離子云。
隨著電磁埸穿過(guò)受激勵(lì)的發(fā)射器切割探頭周?chē)闹C調(diào)等離子體覆蓋薄層，電磁埸緩慢地受到衰減或者產(chǎn)幅度下降。最后，電磁埸會(huì)完全地穿過(guò)等離子云而遭遇到包繞切割等離子云的預(yù)定切割路徑之外的物體。根據(jù)物理化學(xué)中的隧道原理，發(fā)生的電磁波然后遭遇到一個(gè)與它沒(méi)有諧振的，或者說(shuō)與之阻抗不匹配的障礙，從而大百分比的總電磁波能量反射回諧調(diào)等離子云中。這種反射回諧調(diào)等離子云中的電磁波能量起進(jìn)一步為等離子云中的分子粒子提供能量的作用，從而進(jìn)一步降低了電磁波發(fā)生器系統(tǒng)需要發(fā)送的輸出功率。這個(gè)過(guò)程還減少穿入預(yù)定的切割路徑之外的物體、與之反應(yīng)并呈現(xiàn)潛在的輻射侵蝕損傷的總電磁輻射的百分比。
本發(fā)明產(chǎn)生的磁埸的向心力用于控制諧調(diào)等離子云中的原子粒子與受激勵(lì)的發(fā)射器切割電極端頭之間的距離。為此，在等離子物理等領(lǐng)域中使用了多年的夾緊效應(yīng)被應(yīng)用于本發(fā)明的系統(tǒng)中。以此方式本發(fā)明能夠用實(shí)心的或者空心的發(fā)射器切割探頭壓縮、成形、整形和控制諧調(diào)等離子云。本發(fā)明還采用原用于核物理等領(lǐng)域中的磁瓶效應(yīng)捕獲和限制受壓縮的等離子云，而不需要實(shí)體的限制容器，從而不再需要用空心的或者說(shuō)腔式的發(fā)射器探頭捕獲和控制等離子體。提高諧調(diào)等離子云中的原子粒子密度使我們能夠增加等離子云的功率密度，從而提高提高切割效率和等離子云的威力。
而且，對(duì)等離子云的壓縮減少了等離子云的截面直徑，從而不但減少了預(yù)定切割路徑的寬度也減少了對(duì)預(yù)定切割路徑之外物體的潛在的不利沖擊或者說(shuō)副作用。一旦切斷了電磁波發(fā)生器系統(tǒng)的電源，諧調(diào)等離子云的能量就會(huì)迅速地衰減至構(gòu)成等離子云的原子不能維持稱(chēng)為等離子體物態(tài)的水準(zhǔn)。
因此讀者可以理解，采用特定的調(diào)諧電磁波產(chǎn)生形狀和輪廓受控制的諧調(diào)等離子體使我們能夠得到更有效、更有控制、以較少的毒性和更有經(jīng)濟(jì)效益的物體切割方法。
盡管以上的說(shuō)明具有許多的特定性，但是，不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，而是僅提供本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的解說(shuō)。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)由權(quán)利要求書(shū)及其法律等效物確定，而不是由給定實(shí)施例確定。
權(quán)利要求
1.一種用等離子體切割物體的方法，包括下列步驟采用一個(gè)含有射頻信號(hào)發(fā)生器和功率放大器的電子系統(tǒng)，產(chǎn)生射頻能量，把所述射頻能量饋入一個(gè)有源的發(fā)射器切割電極端頭，從所述有源的發(fā)射器切割電極端頭的表面向外產(chǎn)生一個(gè)電磁埸，通過(guò)激勵(lì)沿所述有源的發(fā)射器切割電極端頭內(nèi)表面與所述受切割物體之間界面上原子粒子，產(chǎn)生一個(gè)覆蓋所述有源的發(fā)射器切割電極端頭的等離子云，不需要向所述有源的發(fā)射器切割電極端頭周?chē)臻g注入可電離氣體，然而所述等離子云可以由向所述有源的發(fā)射器切割電極端頭周?chē)臻g注入可電離氣體加強(qiáng)，通過(guò)電磁波向沿所述有源的發(fā)射器切割電極端頭與所述受切割的物體之間界面上的原子粒子高效率地傳輸能量來(lái)維持所述等離子云，和利用包圍所述有源的發(fā)射器切割電極端頭的所述等離子云切割物體以產(chǎn)生對(duì)所述物體的安全、干凈、高效率和高效益的切割。
2.權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述構(gòu)成所述有源的發(fā)射器切割電極端頭的步驟包括優(yōu)選地用固體的端頭的導(dǎo)體或者半導(dǎo)體構(gòu)成，但是也可以是完全或者部分空心的端頭。
3.權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述構(gòu)成所述有源的發(fā)射器切割電極端頭的步驟包括優(yōu)選地用直線的或者曲線的構(gòu)形，但是可以是非特定的構(gòu)形，甚至于可以是環(huán)形的構(gòu)形。
4.權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，產(chǎn)生所述電磁波的步驟包括產(chǎn)生連續(xù)的電磁波的步驟。
5.權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，產(chǎn)生所述電磁波的步驟包括產(chǎn)生脈沖的電磁波的步驟。
6.權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，產(chǎn)生所述等離子體的步驟包括使由所述射頻信號(hào)發(fā)生器和放大器發(fā)出的所述射頻能量與覆蓋所述有源的發(fā)射器切割電極端頭的所述等離子云阻抗匹配、頻率匹配和功率匹配。
7.權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包含產(chǎn)生高效的緊耦合的從所述射頻信號(hào)發(fā)生器和功率放大器向沿所述有源的發(fā)射器切割電極端頭表面的所述等離子云中的原子粒子傳輸所述射頻信號(hào)能量的步驟。
8.權(quán)利要求7所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包含匹配所述射頻信號(hào)發(fā)生器和功率放大器而產(chǎn)生和維持諧調(diào)等離子云所需的輸出功率的步驟。
9.權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包含減少沿所述有源的發(fā)射器切割電極端頭的所述等離子云中的原子粒子湍流及擾動(dòng)的步驟。
10.權(quán)利要求9所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包含增強(qiáng)覆蓋所述有源的發(fā)射器切割電極端頭表面的所述諧調(diào)等離子云的步驟。
11.權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包含使由所述射頻信號(hào)發(fā)生器和放大器發(fā)生的所述電磁波總能量的高百分比能夠經(jīng)所述等離子云傳輸?shù)牟襟E，但是，根據(jù)物理化學(xué)中的隧道原理，在所述電磁波到達(dá)所述等離子云和所述受切割物體之間的界面時(shí)，所述電磁波總能量的高百分比能夠反射回所述等離子云中。
12.權(quán)利要求11所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包含使所述電磁波的反射能量能夠進(jìn)一步為所述等離子云供能的步驟，從而降低所述射頻信號(hào)發(fā)生器和放大器發(fā)生的為產(chǎn)生和維持所述等離子云所需要發(fā)送的能量輸出。
13.權(quán)利要求11所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包含把預(yù)定切割路徑周?chē)乃鑫矬w與所述電磁波的能量屏蔽開(kāi)的步驟，從而使所述預(yù)定切割路徑外的所述物體免受輻射侵蝕。
14.權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，產(chǎn)生所述等離子云的所述步驟包括利用本發(fā)明的發(fā)送電磁波來(lái)控制所述等離子云中的原子粒子與所述有源的發(fā)射器切割電極端頭表面之間的距離。
15.權(quán)利要求14所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包含根據(jù)物理學(xué)的夾緊效應(yīng)利用所述發(fā)送的電磁波捕獲、壓縮、成形和控制所述等離子云的形狀和密度。
16.權(quán)利要求15所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包含增加所述等離子云的密度而同時(shí)減少所述等離子云的橫截面直徑和所述預(yù)定的物體切割路徑的寬度的步驟。
17.權(quán)利要求14所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包含，根據(jù)物理學(xué)的磁瓶效應(yīng)通過(guò)利用所述發(fā)送的電磁波捕獲和控制所述等離子云步驟，而這不需要用實(shí)體限制容器或向所述有源的發(fā)射器切割電極端頭周?chē)目臻g注入所述可電離氣體。
18.權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，產(chǎn)生所述電磁波的步驟包括按照構(gòu)成所述等離子云的所述原子粒子中的不同要求以及改變所述等離子云的物理參數(shù)的能力、有選擇地改變所述電磁波的頻率和功率的步驟。
全文摘要
一種用調(diào)諧等離子云對(duì)物體進(jìn)行切割的方法。一種廉價(jià)的射頻信號(hào)發(fā)生器和功率放大器產(chǎn)生從發(fā)射器切割探頭發(fā)送的電磁波。此電磁波阻抗匹配、頻率匹配并且功率匹配,以發(fā)出和保持低原子粒子湍流和擾動(dòng)的諧調(diào)等離子云。所述諧調(diào)等離子云形成覆蓋受激勵(lì)的發(fā)射器切割探頭表面的包覆層并且起減少功率放大器的功率輸出要求的作用。本發(fā)明還采用電磁波產(chǎn)生物理學(xué)中的夾緊效應(yīng)壓縮、成形整形和控制諧調(diào)等離子云。還進(jìn)一步利用電磁波根據(jù)物理學(xué)中的磁瓶效應(yīng)捕獲和限制受壓縮的等離子云,而不需要實(shí)體的限制容器。利用物理化學(xué)中的隧道原理放大送往諧調(diào)等離子云中的能量,同時(shí)把預(yù)定切割路徑周?chē)奈矬w與潛在的輻射侵蝕屏蔽開(kāi)。本系統(tǒng)提供有效的高效益的、安全、干凈和廉價(jià)的物體切割方法。
文檔編號(hào)A61B18/12GK1277546SQ98810501
公開(kāi)日2000年12月20日 申請(qǐng)日期1998年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月24日
發(fā)明者理查德·J·富戈, 達(dá)米安·科西奧 申請(qǐng)人:理查德·J·富戈